Sr3Tb（2BO3）4晶体生长原料的合成与表征

茹晶晶，陈巧平，游东宏，谢鸿芳

（宁德师范学院化学系，福建宁德 352100）

Sr3Tb（2BO3）4晶体生长原料的合成与表征

茹晶晶，陈巧平，游东宏，谢鸿芳

（宁德师范学院化学系，福建宁德 352100）

通过热重分析确定Sr3Tb2（BO3）4多晶原料的烧结工艺，并通过红外、XRD、磁化率等对合成出的多晶原料进行表征。结果表明，Sr3Tb2（BO3）4多晶原料为顺磁性，有可能成为紫外和可见光波段的磁光材料。

多晶原料；红外光谱；热重分析；磁化率

磁光材料是一种重要的光信息功能材料［1］。磁光材料及其器件是以法拉第旋转的原理为主，作为光调制器、光隔离器、环行器、相移器、磁光开关等器件中的核心材料，在光纤通信、光学信息处理技术中得到广泛应用。并在此基础上，已拓展到磁泡存储、激光陀螺、磁光传感、光计算和光雷达等更为高端的技术应用领域。由此可见，新型磁光材料的研究开发，将有力地促进信息科技的不断发展和提升我国的科技实力。

掺稀土的硼酸盐晶体作为磁光材料已进入科学家的视野。研究结果表明［2-6］，在硼酸盐晶体的阴离子基团中，硼原子与氧形成的最基本的结构基团为BO3和BO4，利用氧原子具有桥联的特性，在此基础上可形成种类繁多的结构基团。由于硼酸盐晶体结构的多样性，为新功能晶体材料探索提供了许多途径。另外，硼酸盐晶体中硼氧键有利于紫外光透过，使硼酸盐晶体在紫外和蓝绿光谱应用方面具有独特的优势。其中新型硼酸盐系列紫外与深紫外非线性光学晶体的研究和应用的成功，充分显示出硼酸盐作为基质晶体有透过波段宽的优点。也预示了掺稀土的硼酸盐晶体有可能成为有应用前景的可见光波段磁光晶体候选材料之一。本文合成了用于生长Sr3Tb2（BO3）4晶体所需的多晶原料，并对其进行相应的表征。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

WQF-300型傅立叶变换红外光谱仪，美国尼高力公司；CPT-I型古埃磁天平；RigakuD/max-3c型X-Pert-MPD多晶粉末衍射仪，日本理学公司；NETZSCH STA449C差热分析仪，德国奈驰公司等。

所用药品为Tb4O7，99.999％光谱纯，长春应化所；H3BO3，99.8％优级纯，广东光华化学厂有限公司；SrCO3，99.5％分析纯，国药集团化学剂有限公司。

1.2 固相法合成步骤

称取物质的量比为6∶1∶8的SrCO3，Tb4O7和H3BO3。其中，因为在高温烧结反应过程中，H3BO3会有少量的挥发，所以，称取的H3BO3量应应该略高于化学计量比，一般过量所需质量的3％。称量好的原料放入刚玉研钵中，加入适量的乙醇，研磨1.5～2h（这样既可以使反应物能更均匀地混合，又可以防止研料过程中尘料飞起污染环境及影响反应物的计量配比）。研磨后，用红外灯将乙醇烘干，以防止烧结过程中残余的乙醇过多，致使原料燃料，另一方面，也可以避免温度升高时马弗炉中乙醇蒸气浓度过高造成危险。烘干后的混合料用少量的蒸馏水调匀后压片。压片成形的料盛在刚玉杯中置于马弗炉内烧结。由热重—差热分析结烧结工艺为：在200℃时恒温1～2h，在500℃时恒温4～6h，在700～750℃恒温烧结6h，在900℃恒温烧结10h.

将得到的原料按上述步骤再进行第2次研磨，烘干，压片，烧结.

2 结果与讨论

2.1 烧结工艺的确定

按照化学计量比均匀混合少量原料，采用NETZSCH STA449C差热分析仪对粉末样品进行DSC-TGA热谱分析。取适量的粉末样品，置于氧化铝锅内，在保护气N2流速为100.0mL/min环境中，按照升温速率为10℃/h进行DSC-TGA分析，结果如图1所示。

图1 Sr3Tb2（BO3）4原料反应物粉末烧结后的DSC-TGA谱图

从上图可看出，在1 359℃左右有一明显的吸热峰，是样品的熔点峰。说明Sr3Tb2（BO3）4原料一致熔融，可以用提拉法生长。

2.2 合成产物的表征

对固相法所合成的Sr3Tb2（BO3）4原料测试红外光谱、X-射线粉末衍射，鉴定物质的成分以确定用上述方法合成原料的可行性，并测试了原料的磁化率，判断其磁性。

2.2.1 红外光谱分析

产物的红外光谱图见图2。

图2 固相法合成Sr3Tb2（BO3）4原料的红外谱图

对烧结的样品进行红外光谱分析，结合文献［7］的报道，对各红外谱峰进行归属得知：在1 192和1 279cm-1处的峰分别为B-O在BO3中的非对称和对称伸缩振动。在736cm-1为B-O在BO3中的面外弯曲振动。在598cm-1为B-O在BO3中的弯曲振动。从红外谱图可以看出，所合成的样品可以作为晶体生长的多晶原料。

2.2.2 X-射线粉末衍射

将合成所得的样品Sr3Tb2（BO3）4多晶粉末的X-射线衍射图见图3。

图3 Sr3Tb2（BO3）4原料的XRD图

由于Tb3+离子半径为92.3pm，Gd3+离子半径为93.8pm，两者半径十分接近，Sr3Tb2（BO3）4与Sr3Gd2（BO3）4晶体属于异质同构体。由图3可以看出，合成的Sr3Tb2（BO3）4多晶原料的X射线衍射图谱主要衍射峰的位置和强度与同结构的Sr3Gd2（BO3）4文献报导的谱图［8］衍射峰的位置和强度吻合得较好，基本没有出现其他杂峰。

2.2.3 磁化率的测定

以KCl为标准物（它的磁化率为X＝-39×10-6），改变磁场，对Sr3Tb2（BO3）4多晶原料和铽镓石榴石（Tb3Ga5O12，TGG）原料进行磁化率的测定，磁场变化范围为0～40V，见表1。

表1 多晶原料的磁化率

结果表明，Sr3Tb2（BO3）4多晶原料的磁化率（-1.544×10-3cm3/g）要比TGG原料（-1.144×10-3cm3/g）的大，由此可以推断，Sr3Tb2（BO3）4晶体有可能具有比TGG更高的磁光优值。

3 结论

通过热重、红外光谱和XRD的分析可知，采用固相法合成的Sr3Tb2（BO3）4多晶原料的适宜烧结工艺为200℃→500℃→750℃→900℃四个阶段，这样合成得到的多晶原料可以用于晶体的生长；通过磁化率的测定，判定所合成的Sr3Tb2（BO3）4多晶原料为顺磁性，其Sr3Tb2（BO3）4晶体有可能成为紫外和可见光波段的磁光材料。

［1］刘公强，乐志强，沈德芳.磁光学［M］.上海：上海科学技术出版社，2001.

［2］Zhang Y，Liu Z B，Zhang L Z，et al.Growth and optical properties of Yb3+-doped Sr3Gd2（BO3）4crystal［J］.Optical Materials，2007，29：543-546.

［3］He M，Wang W Y，Sun Y P，et al.Growth and optical properties of YBa3B9O18：Ce crystals［J］.Journal of Crystal Growth，2007，307（2）：427-431.

［4］He M，Chen X L，Sun Y D，et al.YBa3B9O18：a promising scintillation crysta［J］.Crystal Growth and Design，2007，7（2）：199-201.

［5］Li X Z，Wang C，ChenX L，et al.Syntheses，thermal stability，and structure determination of the novel lsostructural RBa3B9O18（R＝Y，Pr，Nd，Sm，Eu，Gd，Tb，Dy，Ho，Er，Tm，Yb）［J］.Inorg Chem，2004，43：8555-8560.

［6］Zhou G Q，Xu J，Chen X D，et al.Growth and spectrum of a novel birefringent α-BaB2O4crystal［J］.Journal of Crystal Growth，1998，191：517-519.

［7］李红娟.新型过渡金属硼酸盐的合成、表征及晶体结构［D］.西安：陕西师范大学，2007.

［8］Palkina K K，Kuznetsov V G，Dzhurinskii B F，et al.X-Ray iffractian results and space group of the mixed borates Pr2Sr3（BO3）4，Gd2Sr3（BO3）4，La2B2（BO3）4and La2B2（BO3）4［J］.Russ J Lnorg Chem，1972，17：341-343.

〔编辑 杨德兵〕

Synthesis and Charcterization of Sr3Tb2（BO3）4Polycrystalline Materials

RU Jing-jing，CHEN Qiao-ping，YOU Dong-hong，XIE Hong-fang
（Department of Chemistry，Ningde Teachers College，Ningde Fujian，352100）

The sintering methods were decided by DSC-TGA curve.XRD，infrared spectrum and magnetic susceptibility were used to analyze the compositions of Sr3Tb2（BO3）4polycrystalline materials.The results show that the Sr3Tb2（BO3）4polycrystalline material is paramagnetism，and it may be magneto-optical material in UV and visible band.

polycrystalline material；infrared spectrum；DSC-TGA analysis；magnetic susceptibility

O 782

A

1674-0874（2011）01-0045-03

2010-11-22

宁德师范学院引进人才资助项目［2009Y025］

茹晶晶（1983-），女，河南新乡人，硕士，实验师，研究方向：光电子晶体材料。

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